CN106976023A - 一种感应加热高熵合金钎焊单层金刚石砂轮的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种感应加热高熵合金钎焊单层金刚石砂轮的制作方法,包括以下步骤:利用机械加工的方法制备金刚石砂轮基体;采用Ni‑Cr‑B‑Si、Cu、Ti、Sn、Mn混合制成的高熵合金粉末做为钎焊金刚石砂轮的钎料;将砂轮基体、压敏胶、钎料、金刚石磨粒按顺序放置,制作工具成型毛坯;最后采用感应加热方式钎焊金刚石砂轮。

Description

一种感应加热高熵合金钎焊单层金刚石砂轮的方法
技术领域
[0001]本发明属于超硬磨料工具制作领域,具体涉及一种新型钎料钎焊单层金刚石砂轮 的制作方法。
背景技术
[0002]随着科技的发展,大量硬脆材料以及各种复合材料因具有高强度、高硬度、高耐磨 性等优点而被广泛应用于各个领域,但其难加工的特性对加工工具提出了更高的要求,采 用金刚石的工具进行磨削加工是非常重要的一类加工方法。金刚石磨料因其具有高硬度、 高耐磨性、高导热性等优异的机械性能而被广泛应用于制作超硬磨料工具。目前,在金刚石 工具制作领域,钎焊技术可实现金刚石、结合剂和金属基体界面间良好的化学冶金结合,而 被广泛应用。金刚石工具对钎料具有很高的工艺要求:①钎料对金刚石和基体具有良好的 润湿性;②钎料应避免与金刚石过度反应;③钎料与金刚石热膨胀系数应较为接近,减少焊 接残余应力;④适中的强度、硬度、耐磨性,可以实现金刚石磨粒的实时出露和减小残余应 力。目前大部分钎料以Ni基和Cu基为主,Ni基钎料中较高的Ni含量会促使金刚石石墨化及 造成金刚石的过度溶解,另外Ni-Cr-B-Si通常是一种硬面合金,其良好的耐磨性易导致金 刚石磨粒难以实时出露,而铜基钎料中的Cu不是触媒,因此不会促使金刚石石墨化,而且Cu 几乎不溶解金刚石,但其硬度较低,使得该钎料耐磨性较差,常会导致钎料层磨损过度使金 刚石磨粒脱落。高熵合金是一种以多种组元为基的合金,其微观组织大多为固溶体,由于具 有多种元素的固溶强化,其硬度、强度较高,而固溶体具有较高的軔性,在含有一定的活性 元素后适于钎焊金刚石。
[0003] 本发明采用Ni-Cr-B-Si、Cu粉、Ti粉、Sn粉、Mn粉混合制成的高熵合金粉末作为钎 料,钎料成分调控容易,成本低。该钎料在钎焊后表现出适中的硬度,可以使金刚石在砂轮 使用过程中始终保持良好的出露高度,有利于提高工具的使用寿命。该多主元高熵合金在 钎焊后形成固溶体,并通过添加活性元素Cr、Ti来提高钎料对金刚石的润湿性,使得钎料、 金刚石、钢基体获得很强的结合力,钎料对金刚石把持力高。Sn、Mn元素的添加能够使奸料 的熔点下降,使其适于钎焊金刚石,高熵合金的钎料层具有良好的韧性、塑性,降低针焊残 余应力,延长使用寿命。
发明内容
[0004] 本发明的目的是在提高钎料对金刚石磨料的把持强度的同时,钎料具有较好的韧 性和强度,使单层金刚石砂轮适于对硬脆材料的高效加工。因金刚石磨料的难以润湿,选择 含Ti、Cr的高熵合金作为奸料对金刚石进行钎焊,该钎料含有一定的活性元素Ti、Cr,不仅 可以与金刚石进行界面反应,促进钎料对金刚石磨粒的润湿性,提高磨粒的把持强度,而且 高熵合金由于多组元使其协同扩散导致有效扩散较慢,能够使金刚石与钎料的界面反应适 中,另外,大多数含Sn、Ti的钎料会形成较多的化合物,使钎料变脆,但本发明的高熵合金避 免了钎料脆性的缺点。采用了Ni-Cr-B-Si和Sn降低了钎料的熔点,而焊后形成固溶体的高 熵合金奸料层,具有硬度、耐磨性适中的特点。
[0005] 1. —种感应加热钎焊单层金刚石砂轮的制作方法包括下述工艺步骤: 步骤一、利用机械加工的方法制备金刚石砂轮基体,其中砂轮基体直径在350 mm〜800 mm之间。
[0006] 步骤二、米用Ni-Cr-13-3;[、(:11、1';[、511、1\^金属粉经球磨混合制成的粉末做为钎焊金 刚石砂轮的奸料,所述的Ni-Cr-3-31、01、11、511111金属粉的质量百分比为:25〜30:15〜20: 10〜15:20~25:10〜25;其中Ni-Cr-B-Si中各种元素质量比组成为:C为0.6〜1 • 2%,Cr为17〜 21%,B为2 • 5〜4 • 5%,Si为3-4.5%,Ni为70〜77%。具体的球磨工艺为:采用钢制球磨罐进行球磨 混合,其中的磨球与金属粉质量比为3〜3 • 5:1,密封后打开真空阀抽真空20〜30分钟,将球磨 罐放入行星式球磨机,转速为〜350r/min,倒向频率30〜45Hz,进行球磨混料时间为60〜 80分钟。
[0007] 步骤三、将金属粉与压敏胶按1:2.3〜2.8的质量比例混合制成钎料浆液; 步骤四、将钎料浆液与金刚石磨粒按比例混合均匀涂覆固定在砂轮基体表面;其中金 刚石磨粒的粒度为120〜450M1,涂覆的钎料浆液厚度为金刚石磨粒平均粒径的95-125%。
[0008] 步骤五、按底层为金刚石砂轮基体、中层为钎料浆液、上层为金刚石磨粒的顺序制 作工具成型毛坯; 步骤六、采用感应加热的方式对成型毛坯进行加热钎焊,感应加热设备输出频率700〜 800kHz,功率为1_5〜2kW。钎焊温度为1000°C〜1050°C。 具体实施方案
[0009] 实施例1 1. 一种感应加热钎焊单层金刚石砂轮的制作方法包括下述工艺步骤: 步骤一、选择45钢作为砂轮基体,利用机械加工的方法制备金刚石砂轮基体,其中砂轮 基体直径在500mra。
[0010] 步骤二、采用Ni-&-8-3;1、(:11、11、811、1;/[11金属粉经球磨混合制成的粉末做为钎焊金 刚石砂轮的钎料,所述的Ni-Cr-8-51、01、!^、311、1\111金属粉的质量百分比为25:20:15:20: 20;其中Ni-Cr-B-Si的化学成分C为l%,Cr为18%,B为4%,Si为4%,Ni为73%。球磨工艺为:采用 钢制球磨罐进行球磨混合,其中的磨球与金属粉质量比为3.2:1,密封后打开真空阀抽真空 30分钟,将球磨罐放入行星式球磨机,转速为300r/min,倒向频率42Hz,进行球磨混料时间 为80分钟。
[0011] 步骤三、将金属粉与压敏胶按1:2.5的质量比例混合制成钎料浆液; 步骤四、将钎料浆液与金刚石磨粒按比例混合均匀涂覆固定在砂轮基体表面;其中金 刚石磨粒的粒度为260〜300 Mi,涂覆的钎料浆液厚度为金刚石磨粒平均粒径的100%。
[0012] 步骤五、按底层为金刚石砂轮基体、中层为钎料浆液、上层为金刚石磨粒的顺序制 作工具成型毛坯; 步骤六、采用感应加热的方式对成型毛坯进行加热钎焊,感应加热设备输出频率 750kHz,功率为1 • 75W。钎焊温度为1040°C。
[0013]该金刚石奸焊工艺能够在界面处形成主要为一薄层较致密的Cr3C2、TiC复合碳化 物,对金刚石热损伤较小,而在钎料中形成了少量Cr?C3增强的高熵合金,具有钎料韧性较 好,金刚石把持强度较高的特点,适于加工硬脆的花岗岩等材料。
[0014] 实施例2 1. 一种感应加热奸焊单层金刚石砂轮的制作方法包括下述工艺步骤: 步骤一、选择65Mn钢作为砂轮基体,利用机械加工的方法制备金刚石砂轮基体,其中砂 轮基体直径为600_。
[0015] 步骤二、采用Ni-〇-8-31、〇1、!^、311111金属粉经球磨混合制成的粉末做为钎焊金 刚石砂轮的钎料,所述的附-&-3-51、〇1、1^、311111金属粉的质量百分比为26:17:14:23: 20;其中附-&3-31的化学成分(:为0.8%,&为21%,8为4%,31为3_2%,附为71%。球磨工艺为: 采用钢制球磨罐进行球磨混合,其中的磨球与金属粉质量比为3:1,密封后打开真空阀抽真 空25分钟,将球磨罐放入行星式球磨机,转速为3〇〇r/min,倒向频率42Hz,进行球磨混料时 间为65分钟。
[0016] 步骤三、将金属粉与压敏胶按1:2.6的质量比例混合制成钎料浆液; 步骤四、将钎料浆液与金刚石磨粒按比例混合均匀涂覆固定在砂轮基体表面;其中金 刚石磨粒的粒度为280〜320WH,涂覆的钎料浆液厚度为金刚石磨粒平均粒径的100%。
[0017] 步骤五、按底层为金刚石砂轮基体、中层为钎料楽液、上层为金刚石磨粒的顺序制 作工具成型毛坯; 步骤六、采用感应加热的方式对成型毛坯进行加热钎焊,感应加热设备输出频率 750kHz,功率为1.8kW。钎焊温度为1050°C。
[0018] 该金刚石钎焊工艺能够在界面处形成主要为Cr3C2的碳化物,在钎料中形成了少量 Cr7C3增强的高熵合金,具有奸料韧性较好,金刚石把持强度较高的特点。
[0019] 实施例3 1. 一种感应加热钎焊单层金刚石砂轮的制作方法包括下述工艺步骤: 步骤一、选择Q235钢作为砂轮基体,利用机械加工的方法制备金刚石砂轮基体,其中砂 轮基体直径在700mm。
[0020] 步骤二、采用见-〇-8-81、〇1、以、311、]^金属粉经球磨混合制成的粉末做为钎焊金 刚石砂轮的钎料,所述的町-〇-8-3丨、〇1、1^、311、1^金属粉的质量百分比为25:15:15:25: 20;其中Ni-Cr-B-Si的化学成分C为0.9%,Cr为18%,B为3.5%,3:1为4.5%,附为73.1%。具体的 球磨工艺为:采用钢制球磨罐进行球磨混合,其中的磨球与金属粉质量比为3.5:1,密封后 打开真空阀抽真空20分钟,将球磨罐放入行星式球磨机,转速为350r/min,倒向频率 30Hz,进行球磨混料时间为70分钟。
[0021] 步骤三、将金属粉与压敏胶按1:2.6的质量比例混合制成针料浆液; 步骤四、将钎料浆液与金刚石磨粒按比例混合均匀涂覆固定在砂轮基体表面;其中金 刚石磨粒的粒度为120〜450mi,涂覆的钎料浆液厚度为金刚石磨粒平均粒径的95 %。
[0022] 步骤五、按底层为金刚石砂轮基体、中层为钎料浆液、上层为金刚石磨粒的顺序制 作工具成型毛坯; 步骤六、采用感应加热的方式对成型毛坯进行加热钎焊,感应加热设备输出频率 700kHz,功率为2kW。钎焊温度为1020 °C。
[0023] 该金刚石钎焊工艺能够在界面处形成主要为一薄层Cr3C2的碳化物,对金刚石热损 伤较小,而在钎料中形成了少量Cr7C3增强的高熵合金,具有钎料韧性较好,金刚石把持强度 较高的特点,适于加工硬脆的花岗岩等材料。

Claims (6)

1. 一种感应加热奸焊单层金刚石砂轮的制作方法,其特征在于,所述的制作方法包括 下述工艺步骤: 步骤一、利用机械加工的方法制备金刚石砂轮基体; 步骤二、采用Ni-&-8-3丨、〇1、1'1、811、1^金属粉经球磨混合制成的高熵合金粉末作为奸 焊金刚石砂轮的针料,所述的Ni -Cr-B-S i、Cu、T i、Sn、Mn金属粉的质量百分比为:25〜30:15〜 20:10〜15:20〜25:10~25; 步骤三、将高熵合金钎料与压敏胶按质量比例混合制成钎料浆液; 步骤四、将钎料浆液与金刚石磨粒按质量比例混合均匀涂覆固定在砂轮基体表面; 步骤五、按底层为金刚石砂轮基体、中层为钎料浆液、上层为金刚石磨粒的顺序制作工 具成型毛坯; 步骤六、采用感应加热的方式对成型毛坯进行加热钎焊,钎焊温度为1000°C〜1050 °C。
2.根据权利要求1所述的一种感应加热钎焊单层金刚石砂轮的制作方法,其特征在于: 所述的肌-〇-8-3冲各种元素质量比组成为:(:为0.6〜1.2%,〇为17〜21%,8为2.5~4.5%,51 为 3-4.5%,附为70~77%。
3.根据权利要求1所述的一种感应加热奸焊单层金刚石砂轮的制作方法,其特征在于: 所述的球磨混合是采用钢制球磨罐进行球磨混合,其中的磨球与金属粉质量比为3〜3.5:1, 密封后打开真空阀抽真空20〜30分钟,将球磨罐放入行星式球磨机,转速为300〜350 r/ min,倒向频率30〜45 Hz,进行球磨混料时间为60〜80分钟。
4.根据权利要求1所述的一种感应加热钎焊单层金刚石砂轮的制作方法,其特征在于: 所述的钎料浆液由金属粉与压敏胶以1:2.3〜2 •8质量比例混合均匀制成。
5.根据权利要求1所述的一种感应加热钎焊单层金刚石砂轮的制作方法,其特征在于: 所述的金刚石磨粒的粒度为12 〇〜4 5 0 um,涂覆的钎料浆液厚度为金刚石磨粒平均粒径的 95-125%。
6.根据权利要求1所述的一种感应加热钎焊单层金刚石砂轮的制作方法,其特征在于: 所述的感应加热的方式,感应加热设备输出频率7〇〇〜800 kHz,功率为1.5〜2 kW。
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